Astronomowie widzieli śmierć tej gwiazdy już pięć razy. Skrywa ona klucz do jednej z tajemnic wszechświata

Supernowe są potężnymi eksplozjami, do których dochodzi pod koniec życia masywnej gwiazdy. Kiedy w 2014 roku astronomowie z Uniwersytetu Minnesoty odkryli supernową na jednym ze zdjęć wykonanych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a nie mogli się spodziewać, jak dużo informacji nie tylko o gwieździe, ale także o wszechświecie nam ona przyniesie.
supernowa
supernowa

Analizując to zdjęcie naukowcy zauważyli, że choć doszło do jednej eksplozji, to możemy obserwować ją aż w czterech różnych miejscach na zdjęciu. Między obserwatorami znajdującymi się na Ziemi a samą eksplodującą gwiazdą znajduje się masywna gromada galaktyk, której grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń na tyle, że stanowi ona tzw. soczewkę grawitacyjną, która zniekształca drogę, jaką przemieszczają się promienie światła biegnące w naszą stronę od supernowej.

Cztery żółte kropki to cztery niezależne obrazy tej samej eksplozji supernowej znajdującej się daleko za widoczną w środku gromadą galaktyk.

Szczegółowa analiza pozwoliła ustalić, że każdy z obrazów przedstawia supernową na nieco innym etapie. Dzieje się tak, ze względu na to, że zakrzywione przez soczewkę promienie musiały pokonać różnej długości drogę od eksplozji do detektorów Hubble’a. Zważając na to, że wszystkie poruszają się z tą samą prędkością, docierają do nas w różnym czasie. Opóźnienie, z jakim je widzimy zależy od rozkładu materii (w tym ciemnej materii) w gromadzie galaktyki, odległości między Ziemią, soczewką i supernową i stałej Hubble’a opisującej tempo rozszerzania się wszechświata.

Czytaj także: Kosmiczne soczewki przybliżają czarną dziurę na krańcach Wszechświata. Przewidział to Einstein, metodę opracowała Polka

Co ciekawe, po szczegółowej analizie wszystkich czterech obrazów i przeprowadzeniu modelowania rozkładu materii w gromadzie galaktyk, badacze stwierdzili, że to jeszcze nie koniec fajerwerków, i za jakiś czas w otoczeniu gromady powinien pojawić się jeszcze jeden obraz tej samej eksplozji. Tworzące go fotony miały po prostu wybrać najdłuższą drogę od gwiazdy do Ziemi. Przypuszczenia okazały się prawidłowe, i w 2015 roku astronomowie ujrzeli piąty raz tę samą eksplozję.

Szczegółowe dopasowanie modelu soczewki grawitacyjnej do danych obserwacyjnych poszczególnych obrazów Refsdal, bo taką nazwę otrzymała rzeczona supernowa, pozwoliło naukowcom wyprowadzić nową wartość stałej Hubble’a. Bazując na tym konkretnym przypadku umierającej gwiazdy, astronomowie ustalili, że wszechświat rozszerza się w tempie 66,6 kilometrów na sekundę na megaparsek. Z pewnością w najbliższym czasie owa wartość będzie stanowiła cenną wskazówkę dla astronomów, którzy mimo lat badań wciąż mają problemy z jednoznacznym ustaleniem tempa rozszerzania wszechświata. Za każdym razem, kiedy podejmowane są próby jej określenia za pomocą mikrofalowego promieniowania tła, czyli pozostałości po Wielkim Wybuchu wartość ta wynosi ok. 67 km/s/Mpc. Kiedy jednak naukowcy badają ją na podstawie odległości do supernowych stała Hubble’a zdaje się mieć wartość zbliżoną bardziej do 74 km/s/Mpc.

Czytaj także: W naszej wiedzy o wszechświecie jest poważna luka. Naukowcom wciąż wymyka się stała Hubble’a

Ostateczne ustalenie jednej wartości stałej Hubble’a powiedziałoby nam nie tylko, w jakim tempie obecnie rozszerza się wszechświat, w jakim rozszerzał się wcześniej, ale także pozwoliłoby nam ustalić właściwości tajemniczej ciemnej energii, która zdaje się przyspieszać rozszerzanie wszechświata. Naukowcy przekonują jednak, że potrzeba jeszcze jednej supernowej widzianej wielokrotnie przez soczewkę, aby zrobić kolejny krok ku ustaleniu wartości stałej Hubble’a. Na szczęście znamy już taki obiekt. Aktualnie naukowcy czekają na pojawienie się kolejnego obrazu supernowej AT2016jka soczewkowanej przez oddaloną od Ziemi o 10 miliardów lat świetlnych galaktykę MRG-M0138.

Supernowa AT2016jka widziana w czterech różnych miejscach oznaczonych SN1, SN2, SN3. Oznaczeniami SN4 i SN5 oznaczono miejsca, w których według badaczy obraz tej samej eksplozji dopiero się pojawi.

Pierwsze trzy obrazy owej galaktyki dostrzeżono na zdjęciach z Hubble’a w 2016 roku. Astronomowie wskazują, że kolejny obraz tej samej eksplozji powinien pojawić się w otoczeniu tej galaktyki „już” w 2037 roku. Naukowcy zakładają, że uda im się określić moment pojawienia się galaktyki z dokładnością do 7 dni. Jeżeli faktycznie tak będzie, to będzie to kolejny krok na drodze do ustalenia prawdziwej wartości stałej Hubble’a. Cóż, pozostało jeszcze 14 lat.